專利名稱：激光光源裝置、照明裝置、監(jiān)視裝置及投影機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具備發(fā)出激光的激光光源的激光光源裝置、具備該激光光 源裝置的照明裝置、監(jiān)視裝置及投影機(jī).背景技術(shù)以往，作為波長轉(zhuǎn)換的技術(shù)，使之發(fā)生入射光半波長的光的二次諧波發(fā)生(Second Harmonic Generation: SHG)技術(shù)已為眾所周知。通過將 該SHG的技術(shù)和半導(dǎo)體激光器的技術(shù)進(jìn)行組合，而可以使用在遠(yuǎn)紅外區(qū) 激發(fā)的易于得到的半導(dǎo)體激光器，獲得可見區(qū)域內(nèi)波長的激光。作為上述組合的技術(shù)一例，有下述的專利文獻(xiàn)1。據(jù)此，使從半導(dǎo)體 激光器發(fā)出的激光通過透^射于SHG元件，將激光不斷轉(zhuǎn)換成二次諧 波。在專利文獻(xiàn)l等中，改進(jìn)了SHG元件的結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)換效率得到提高。專利文獻(xiàn)1: 特開平5-297428號(hào)公才艮但是，就上述以往的技術(shù)而言，可以改善SHG元件的特性，盡管如此， 卻因下述(1) 、 (2)的原因，而出現(xiàn)了在SHG元件中不能期望充分的 轉(zhuǎn)換效率提高這樣的問題。(1) 設(shè)置于半導(dǎo)體激光器和SHG元件之間的透4^所謂的場透鏡， 并且是聚光所需的，對(duì)于這種透鏡來說，若和SHG元件之間的距離相隔 某種程度以上(若變得比焦點(diǎn)距離遠(yuǎn))，則對(duì)SHG元件的入射光的光線 密度下降。因?yàn)楣獠ㄩL轉(zhuǎn)換元件的轉(zhuǎn)換能量如下所述，受入射光的光線密 度影響較大，所以若入射光的光線密度下降，則無法進(jìn)行高效的波長轉(zhuǎn)換。(2) 就上述場透鏡來說，因?yàn)楣饩€的放射角度相對(duì)光軸具有較大的傾 斜度，所以激光向SHG元件的外側(cè)漫射，難以在SHG元件內(nèi)有效作為光 路來確保。因此，無法進(jìn)行高效的波長轉(zhuǎn)換。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題在于，提高SHG元件的轉(zhuǎn)換效率，能夠以高輸出 發(fā)生激光。作為用來解決上述問題至少一部分的手段，采取下面所示的結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明的激光光源裝置，具備 激光光源，發(fā)出作為基波的激光；和 光波長轉(zhuǎn)換元件，將上述基波轉(zhuǎn)換成二次諧波； 其特征為，在上述激光光源和上述光波長轉(zhuǎn)換元件之間，配置光學(xué)透鏡系統(tǒng)，從 上述激光光源側(cè)按順序具備第1面和第2面，該第1面具有正的折射力， 該第2面具有負(fù)的折射力。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的激光光源裝置，按照由光學(xué)透鏡系統(tǒng)的第1面而產(chǎn)生 的正折射力，對(duì)來自激光光源的激光進(jìn)行聚光，使激光的光線密度得到提 高。對(duì)于光波長轉(zhuǎn)換元件而言，在激光那種較強(qiáng)的光通過時(shí)，引起非線性 光學(xué)效應(yīng)。該非線性光學(xué)效應(yīng)的現(xiàn)象用下述的(1)式來表達(dá)。P = s。x (1) E + ￡0x (2) E E + ￡0x (3) E E E +… (1)這里，P是物質(zhì)中產(chǎn)生的極化，EAA射光的電場強(qiáng)度，s。是真空中的 介電常數(shù)，x(1)、 x(2)、 x(3)、...是用2階、3階、4階…的張量表達(dá)的非線 性靈敏度。根據(jù)(1)式，在極化P的確定中，入射光的電場強(qiáng)度E為較 大的主要原因。因此，為了提高波長轉(zhuǎn)換的效率，重要的是提高入射于光 波長轉(zhuǎn)換元件的激光的光線密度。如上所述，因?yàn)橐怨鈱W(xué)透鏡系統(tǒng)的第1 面能謀求光線密度的提高，所以波長轉(zhuǎn)換的效率有所提高。再者，利用第1面提高了光線密度的激光在維持高光線密度的狀態(tài)下， 利用由下一級(jí)的第2面而產(chǎn)生的負(fù)折射力，拉長焦點(diǎn)距離。若焦點(diǎn)距離變 長，則光線的行進(jìn)角度接近光軸方向，其結(jié)果為，因?yàn)槿菀自诠獠ㄩL轉(zhuǎn)換
元件內(nèi)有效作為光路來確保，所以波長轉(zhuǎn)換的效率得到進(jìn)一 步提高。從而，根據(jù)本發(fā)明的激光光源裝置，可以憑借上述2個(gè)作用來提高光 波長轉(zhuǎn)換元件的轉(zhuǎn)換效率，其結(jié)果為，能夠以高輸出發(fā)生激光。上述激光光源也可以為激光器陣列，其中排列多個(gè)發(fā)出激光的發(fā)光部。 另外，上述激光器陣列也可以為面發(fā)光型，其中光諧振的方向相對(duì)基仗面 垂直。上述光學(xué)透鏡系統(tǒng)也可以為彎月形狀的光學(xué)器件，單面以作為上述第 1面的凸面且相反面以作為上述第2面的凹面，來形成。才艮據(jù)該結(jié)構(gòu)，可 以采用彎月形狀的光學(xué)器件，容易構(gòu)成同時(shí)具有正折射力和負(fù)折射力的光 學(xué)透鏡系統(tǒng)。上述彎月形狀的光學(xué)器件也可以為柱面透鏡。即使激光光源是排列多 個(gè)發(fā)光部的激光器陣列，通過使之為柱面透鏡，也可以容易制作彎月形狀 的光學(xué)器件。上述光學(xué)器件的焦點(diǎn)位置最好在上述光波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)，或者與上述 光波長轉(zhuǎn)換元件相比位于遠(yuǎn)處。才艮據(jù)該結(jié)構(gòu)，更易于在光波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi) 有效作為光路來確保。上述光學(xué)透鏡系統(tǒng)還可以具備凸透鏡，具備作為上述第1面的凸面； 和凹透鏡，具備作為上述第2面的凹面。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以利用多個(gè)光學(xué) 器件的組合，容易構(gòu)成同時(shí)具有正折射力和負(fù)折射力的光學(xué)透鏡系統(tǒng)。本發(fā)明的照明裝置其特征為，具備上述激光光源裝置。該照明裝置可 以獲得高輸出。本發(fā)明的監(jiān)視裝置，其特征為，具備上述激光光源裝置；和拍攝機(jī)構(gòu)，拍攝由上述激光光源裝置所照射的被拍攝體。 該監(jiān)視裝置因?yàn)榭梢岳酶咻敵龅募す夤庠囱b置照射被拍攝體，所以 能夠提高由拍攝機(jī)構(gòu)獲得的拍攝圖像明亮度。 本發(fā)明的投影機(jī)，其特征為，具備 上述激光光源裝置；和
圖像形成裝置，利用來自上迷激光光源裝置的光，〗吏之在顯示面上顯 示與圖像信號(hào)相應(yīng)的圖像。該投影機(jī)因?yàn)榭梢允褂酶咻敵龅募す夤庠囱b置，所以能夠顯示高亮度 的圖像。


圖1是作為本發(fā)明第1實(shí)施例的照明裝置10的概略結(jié)構(gòu)圖。 圖2是表示激光光源裝置12主要部分的說明圖。 圖3是表示彎月形狀柱面透鏡25的作用的說明圖。 圖4是表示行進(jìn)方向不同的2條光線Ba、 Bb在極化反相結(jié)構(gòu)內(nèi)通過 的狀態(tài)的說明圖。圖5是作為第1實(shí)施例的第1變形例的激光光源裝置112主要部分的 說明圖。圖6是作為第1實(shí)施例的第2變形例的激光光源裝置212主要部分的 說明圖。圖7是作為第2變形例的又一變形例的激光光源裝置212'主要部分的 說明圖。圖8是作為第1實(shí)施例的第3變形例的激光光源裝置312主要部分的 說明圖。圖9是作為本發(fā)明的第2實(shí)施例的監(jiān)視裝置400的概略結(jié)構(gòu)圖。圖IO是作為本發(fā)明的第3實(shí)施例的投影機(jī)500的概略結(jié)構(gòu)圖。圖11是表示作為其他實(shí)施方式的激光光源裝置612的說明圖。符號(hào)說明10…照明裝置12…激光光源裝置14-漫射元件20…半導(dǎo)體激光器陣列20C-激光盒
20b-發(fā)光層 25-柱面透鏡 25a".凸面 25b'"凹面30…光波長轉(zhuǎn)換元件30C…護(hù)套40…反射鏡112，，，激光光源裝置120，"半導(dǎo)體激光器陣列125**彎月形透鏡陣列126**-彎月形透鏡126a…凸面126b"*凹面130"，光波長轉(zhuǎn)換元件212"*激光光源裝置220…半導(dǎo)體激光器陣列225"，柱面透鏡225a…凸面225b-凹面230…光波長轉(zhuǎn)換元件312-激光光源裝置320-凸透鏡330".凹透鏡400*"監(jiān)視裝置410-裝置主體411."相機(jī)420-光傳輸部 421…光波導(dǎo) 422".光波導(dǎo) 423，，*漫射板 424***成像透鏡 500…投影機(jī)501R."紅色激光光源裝置501G…綠色激光光源裝置501B…藍(lán)色激光光源裝置502R、 502G、 502B'"均勻光學(xué)系統(tǒng)504R、 504G、 504B"液晶光閥506'"十字分色棱鏡507…投影透鏡510…屏幕612*"激光光源裝置620"，半導(dǎo)體激光器裝置625-柱面透鏡625a."凸面625b…凹面630…光波長轉(zhuǎn)換元件LB1、 LB2、 LB11"激光具體實(shí)施方式
下面，根據(jù)實(shí)施例來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。l.第1實(shí)施例A.裝置整體的結(jié)構(gòu)圖1是作為本發(fā)明的第1實(shí)施例的照明裝置10的概略結(jié)構(gòu)圖。如圖所 示，照明裝置10具備激光光源裝置12，相當(dāng)于本發(fā)明的"激光光源裝 置"；和漫射元件14，對(duì)從激光光源裝置12所發(fā)出的激光進(jìn)行漫射。
激光光源裝置12具備激光盒20C,內(nèi)置半導(dǎo)體激光器陣列20;彎 月形狀的柱面透鏡25;護(hù)套30C，內(nèi)置光波長轉(zhuǎn)換元件30;以; L良射鏡 40,作為外部光諧振器來發(fā)揮作用。在護(hù)套30C內(nèi)，和熱敏電阻一起設(shè)置 溫度控制用的帕爾帖元件，其構(gòu)成為能夠以高準(zhǔn)確度控制光波長轉(zhuǎn)換元件 30的溫度。還有，也可以取代帕爾帖元件，使之為其他的發(fā)熱組件。B.主要部分的結(jié)構(gòu)圖2是表示激光光源裝置12主要部分的說明圖。激光光源裝置12如 上所述，具備半導(dǎo)體激光器陣列20、柱面透鏡25、光波長轉(zhuǎn)換元件30及 反射鏡40。半導(dǎo)體激光器陣列20是一種被稱為VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,垂直J5^面發(fā)射激光器)的激光器陣列，其中， 光諧振的方向相對(duì)14l面垂直，并且激光相對(duì)基&面20a垂直出射；具有 多個(gè)發(fā)光層(有源層)20b排列成1列的1維陣列結(jié)構(gòu)。發(fā)光層20b的數(shù) 目雖然在圖示的例子中為4個(gè)，但是不需要限定為4個(gè)，也可以設(shè)為多個(gè) 之中的其他數(shù)目。還有，在圖示中，確定了坐標(biāo)軸(x軸、y軸、z軸)，該坐標(biāo)軸將該 陣列結(jié)構(gòu)的排列方向，也就是復(fù)光層20b的排列方向設(shè)為x軸方向，將來 自發(fā)光層20b的激光LB1的出射方向設(shè)為y軸方向，將與該雙方垂直的方 向設(shè)為z軸方向；并且該坐標(biāo)軸將根據(jù)需要用于說明中。在激光光源裝置 12中，半導(dǎo)體激光器陣列20、柱面透鏡25、光波長轉(zhuǎn)換元件30及反射鏡 40按該順序沿y軸方向來設(shè)置，柱面透鏡25如上所述，是彎月形狀的透鏡。普通的柱面透鏡呈將圓柱 按軸方向分成兩部分的形狀，但是在本實(shí)施例中，通過使被分開的部分為 凹面而成為彎月形狀。也就是說，本實(shí)施例的柱面透鏡25為彎月形狀，單 面是具有正折射力的凸面25a，相反面是具有負(fù)折射力的凹面25b。該彎月 形狀的柱面透鏡25配置為，凸面25a為半導(dǎo)體激光器陣列20側(cè)，凹面25b 為光波長轉(zhuǎn)換元件30側(cè)。在本實(shí)施例中，凸面25a與凹面25b相比，曲率大(曲率半徑比凹面 25b小)，柱面透鏡25整體上具備凸型性質(zhì)。這種情況下，通過拉近焦點(diǎn)
位置，將聚光光點(diǎn)設(shè)定得較小，就能夠形成能量密度高的區(qū)域。還有，也可以取而代之，4吏凹面25b和凸面25a為相同曲率的面。此時(shí)，能夠不改 變焦點(diǎn)位置而使光線束直徑變細(xì)。再者，也可以使凹面25b與凸面25a相 比曲率較大(曲率半徑比凸面25a小)，將柱面透鏡25替換成整體上具備 凹型性質(zhì)的透鏡。此時(shí)，因?yàn)榭梢詫⒔裹c(diǎn)距離設(shè)定得較長，所以能夠增長 波長轉(zhuǎn)換元件的長度。圖3U示彎月形狀的柱面透鏡25作用的說明圖。該附圖是在圖2中 朝向-x方向看到的附圖。如圖所示，從半導(dǎo)體激光器陣列20發(fā)出并入射到 柱面透鏡25的激光LB1由凸面25a進(jìn)行聚光，因由凸面25a聚光而使光 線直徑變小(光線能量密度增高)，且與凸面25a的聚光透鏡折射力的焦 點(diǎn)位置相比，焦點(diǎn)距離通過凹面25b^皮拉長，作為LB1'予以出射。還有， 凸面25a處的聚光用來縮小附圖中z軸方向的光線寬度，在x軸方向上光 線寬度沒有變化。其原因?yàn)?，凹?5b按x軸方向伸直，并在z軸方向上 彎曲。這里所使用的柱面透鏡的結(jié)構(gòu)為，按z軸方向，凸面25a的折射力 比凹面25b的折射力大，發(fā)生對(duì)平行光線進(jìn)行聚光的作用。在圖2中圏出的圓C內(nèi)，表示出凹面25b的激光LBl'的出射截面。從 該出射截面也判明，在柱面透鏡25中，在z軸方向上進(jìn)行聚光，并且在z 軸方向上沒有變化。光波長轉(zhuǎn)換元件30用來引起二次諧波發(fā)生(SHG)的現(xiàn)象，也就是2 個(gè)光子被轉(zhuǎn)換成具有2倍振動(dòng)數(shù)的1個(gè)光子的2次非線性光學(xué)現(xiàn)象，在強(qiáng) 介電體材料中形成極化反相結(jié)構(gòu)。極化反相結(jié)構(gòu)交替形成極化反相區(qū)域Pl 和極化非反相區(qū)域PO,該極化反相區(qū)域Pl使強(qiáng)介電體光學(xué)晶體具有的自 然極化方向產(chǎn)生了反相，該極化非反相區(qū)域PO未進(jìn)行該反相。該極化反 相區(qū)域Pl和極化非反相區(qū)域PO交替排列的方向和上述的y軸方向，也就 是半導(dǎo)體激光器陣列20的激光LB1的出射方向一致.形成。還有，極化反相結(jié)構(gòu)的形成方法也不必限于該方法，還可以是利用 離子交換的極化反相法、利用電子束的微疇反相法等由其他方法而來的方 法。對(duì)于材料來說，也不必限于鈮酸鋰、鉭酸鋰，可以使用各種方法中適 當(dāng)?shù)牟牧稀７瓷溏R40在面40a上施加了特殊涂層，該面40a具有與光波長轉(zhuǎn)換元 件30側(cè)的激光光線LB1，的入射角度相應(yīng)的反射面形狀。該特殊涂層針對(duì) 從半導(dǎo)體激光器陣列20發(fā)出的激發(fā)光為高反射，針對(duì)從光波長轉(zhuǎn)換元件 30發(fā)出的二次諧波卻為高透射。另一方面，在半導(dǎo)體激光器陣列20出射 側(cè)的基板面20a，施加了針對(duì)上述激發(fā)光為高透射并且針對(duì)上述二次諧波 為高反射的特殊涂層。采用此結(jié)構(gòu)，在半導(dǎo)體激光器陣列20的基昧面20a 和反射鏡40的面40a之間構(gòu)成光諧振器。從半導(dǎo)體激光器陣列20出射的 激光成為,皮封閉在該光諧振器內(nèi)的狀態(tài)，并且數(shù)次透射光波長轉(zhuǎn)換元件 30。光波長轉(zhuǎn)換元件30如上所述，因?yàn)椴捎门翣柼愿邷?zhǔn)確度進(jìn)行溫 度控制，所以能夠得到噪聲少的二次諧波，并且該二次諧波透射反射鏡40， 作為轉(zhuǎn)換波長后的激光LB2，從激光光源裝置12出射?；氐綀D3，彎月形狀的柱面透鏡25雖然如上所述，實(shí)現(xiàn)了利用凹面25b 拉長焦點(diǎn)距離的作用，但是在本實(shí)施例中如圖所示，以下述方式進(jìn)行了光 學(xué)設(shè)計(jì)，該方式為使得柱面透鏡25的焦點(diǎn)F位于光波長轉(zhuǎn)換元件30內(nèi)。 還有，焦點(diǎn)F只要在y軸方向上在光波長轉(zhuǎn)換元件30內(nèi)，就可以改換成 任意位置，并且只要比光波長轉(zhuǎn)換元件30遠(yuǎn)，也就是與光波長轉(zhuǎn)換元件 30相比位于反射鏡40側(cè)，也可以改換成任意位置(例如，附圖中F'的位 置)。C.作用.效果根據(jù)如上所構(gòu)成的照明裝置10所具備的激光光源裝置12，利用由柱 面透鏡25的凸面25a而產(chǎn)生的正折射力，對(duì)來自半導(dǎo)體激光器陣列20的 激光LB1進(jìn)行聚光，使激光LB1的光線密度得到提高，若提高了光線密 度，則根據(jù)上述的(1)式使極化P增大，波長轉(zhuǎn)換的效率得到提高。再 者，提高光線密度后的激光在維持高光線密度的狀態(tài)下，通過由柱面透鏡 25的凹面25b而產(chǎn)生的負(fù)折射力，焦點(diǎn)距離被拉長。因?yàn)槿艚裹c(diǎn)距離變長， 則光線的行進(jìn)角度接近光軸方向，其結(jié)果為，易于在光波長轉(zhuǎn)換元件30 內(nèi)有效作為光路來確保，所以波長轉(zhuǎn)換的效率得到進(jìn)一步提高。再者，對(duì) 于非線性光學(xué)元件來說，因光線密度有所提高，而使向二次諧波的轉(zhuǎn)換效 率提高，因此可以使波長轉(zhuǎn)換效率得到提高.另外，在與負(fù)折射力相比增 大了正折射力的結(jié)構(gòu)中，有對(duì)光線進(jìn)行聚光并使之在前方進(jìn)行聚光的作用， 可以使上述非線性光學(xué)元件內(nèi)的光線密度得到提高，高效獲得二次諧波的 轉(zhuǎn)換.從而，根據(jù)本實(shí)施例的激光光源裝置12，可以憑借上述2個(gè)作用來提 高光波長轉(zhuǎn)換元件30內(nèi)的轉(zhuǎn)換效率，其結(jié)果為，能夠以高輸出發(fā)生激光。 因此，照明裝置10可以獲得高輸出。另夕卜，在使之對(duì)半導(dǎo)體激光器陣列20的多個(gè)發(fā)光部的各自分別各具有 1個(gè)彎月形狀部分地i殳計(jì)出光學(xué)透鏡系統(tǒng)時(shí)，光學(xué)透鏡系統(tǒng)成為復(fù)雜的結(jié) 構(gòu)，但是像本實(shí)施例那樣，通過使柱面透鏡25為彎月形狀，就可以容易制 造同時(shí)具有正折射力和負(fù)折射力的光學(xué)透鏡系統(tǒng)。再者，在本實(shí)施例中，如使用圖3在上面所迷，因?yàn)橹嫱哥R25的焦 點(diǎn)F已被確定為位于光波長轉(zhuǎn)換元件30內(nèi)，所以更加易于在光波長轉(zhuǎn)換 元件30內(nèi)有效作為光路來確保。若如上所述焦點(diǎn)距離變長，則激光LB1'的行進(jìn)角度接近光軸方向(y 軸方向)，而這樣一來，激光LB1，就能夠在形成于光波長轉(zhuǎn)換元件30中 的極化反相結(jié)構(gòu)內(nèi)一致地通過。下面，對(duì)于其原因進(jìn)行詳細(xì)說明。圖4 A^示行進(jìn)方向不同的2條光線Ba、 Bb在極化反相結(jié)構(gòu)內(nèi)通過 的狀態(tài)的說明圖。核，化反相結(jié)構(gòu)如上所述，交替排列極化反相區(qū)域Pl和 極化非反相區(qū)域P0。在行進(jìn)方向和其排列的方向(=y方向) 一致的第1 光線Ba的情況下，在其光路上極化反相區(qū)域Pl和極化反相區(qū)域Pl之間 的距離(下面，稱為"間距")ta是一定的大小，且較小。相對(duì)于此，在 行進(jìn)角度從y方向傾斜得較大的光線Bb的情況下，在其光路上間距tb根 據(jù)位置的不同產(chǎn)生較大變化，而且比間距ta大。因此，激光LB1'的行進(jìn) 角度與光軸方向(y軸方向)越接近，也就是iJC^接近平行光線，激光LB1' 越是在極化反相結(jié)構(gòu)內(nèi)以一定的間距而且較小的間距通過。因此，光波長
轉(zhuǎn)換元件30的轉(zhuǎn)換效率變得更高， D.變形例對(duì)于上述第1實(shí)施例的變形例，在下面進(jìn)行說明。圖5是表示作為第1變形例的照明裝置所具備的激光光源裝置112的 主要部分的說明圖。激光光源裝置112和第1實(shí)施例相同，可以作為照明 裝置來使用。如圖所示，激光光源裝置112具備半導(dǎo)體激光器陣列20、彎 月形透鏡陣列125、光波長轉(zhuǎn)換元件30和反射鏡40。半導(dǎo)體激光器陣列 20、光波長轉(zhuǎn)換元件30;5L^射鏡40和第1實(shí)施例相同，并且在本實(shí)施例 中附上相同的符號(hào)。彎月形透鏡陣列125將彎月形透鏡126，按半導(dǎo)體激光器陣列20的發(fā) 光層20b的數(shù)目排列，其排列方向和半導(dǎo)體激光器陣列20的發(fā)光層20b 的排列方向(=x方向) 一致，其構(gòu)成為，從半導(dǎo)體激光器陣列20的多個(gè) 發(fā)光層20b各自所出射的激光LB1入射于多個(gè)彎月形透鏡126的各自。彎月形透鏡126其單面為具有正折射力的凸面126a，相反面為具有負(fù) 折射力的凹面126b。凸面126a配置在半導(dǎo)體激光器陣列20側(cè)，凹面126b 處于光波長轉(zhuǎn)換元件30側(cè)。還有，第1實(shí)施例的彎月形狀的柱面透鏡25 是，在x-z平面上只是z軸方向彎曲的結(jié)構(gòu)，相對(duì)于此，該第1變形例的 彎月形透鏡126是，在x-z平面上x軸方向、z軸方向全都彎曲的結(jié)構(gòu)。因 此，如圈出的圓D所示，來自各彎月形透鏡126的激光LB1'的出射截面為 圓形。該出射截面的直徑比所入射的激光LB1小。也就是說，彎月形透鏡126的作用為，由凸面126a對(duì)從半導(dǎo)體激光器 陣列20傳送來的激光LB1進(jìn)行聚光，由凹面126b拉長焦點(diǎn)距離。該焦點(diǎn) 和第l實(shí)施例相同，按下述方式進(jìn)行了光學(xué)設(shè)計(jì)，該方式為使之在y軸 方向上位于光波長轉(zhuǎn)換元件30內(nèi)，或者比光波長轉(zhuǎn)換元件30遠(yuǎn)，也就是 比光波長轉(zhuǎn)換元件30靠近反射鏡40側(cè)。還有，在使彎月形透鏡的凸面及 凹面的曲率為相同的實(shí)施方式中，可以不改變焦點(diǎn)距離，只使光束直徑變 細(xì)，就使能量密度得到提高。才艮據(jù)如上所構(gòu)成的第1變形例的激光光源裝置112,通過由彎月形透
鏡126的凸面126a而產(chǎn)生的正折射力，對(duì)來自半導(dǎo)體激光器陣列20的激 光LB1進(jìn)行聚光，通過由凹面126b而產(chǎn)生的負(fù)折射力，拉長焦點(diǎn)距離。 從而，和第1實(shí)施例的激光光源裝置12相同，可以提高光波長轉(zhuǎn)換元件 30的轉(zhuǎn)換效率，其結(jié)果為，產(chǎn)生能夠以高輸出發(fā)生激光這樣的效果。圖6是表示作為第1實(shí)施例的第2變形例的照明裝置所具備的激光光 源裝置212主要部分的說明圖。激光光源裝置212和第1實(shí)施方式相同， 可以作為照明裝置來使用。如圖所示，激光光源裝置212具備半導(dǎo)體激光 器陣列220、彎月形狀的柱面透鏡225、光波長轉(zhuǎn)換元件230和反射鏡40。 反射鏡40和第1實(shí)施方式相同，半導(dǎo)體激光器陣列220和第1實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器陣列20相比較， 不同之處僅僅是發(fā)光層220b排列成3列的2維陣列結(jié)構(gòu)，對(duì)于是VCSEL 的方面以及激光LB1的出射方向等則相同。半導(dǎo)體激光器陣列220的結(jié)構(gòu) 為，按x軸方向、3個(gè)發(fā)光層220b以等間隔來排列，并且通過該排列構(gòu)成 的列按z軸方向排列3列。還有，在圖示中，省略了對(duì)來自第2列發(fā)光層 220b的激光的描述，但這是為了避免使圖示變得復(fù)雜而不清楚，實(shí)際上激 光從9個(gè)發(fā)光層220b的全部出射。柱面透鏡225和光波長轉(zhuǎn)換元件230同第1實(shí)施例的柱面透鏡25和光 波長轉(zhuǎn)換元件130相比較，不同之處僅僅是z軸方向的尺寸較大，其結(jié)構(gòu) 相同。在如上所構(gòu)成的第2變形例的激光光源裝置212中，是2維的半導(dǎo)體 激光器陣列220，且可以利用由柱面透鏡225的凸面225a而產(chǎn)生的正折射 力，對(duì)來自半導(dǎo)體激光器陣列220的激光LB1進(jìn)行聚光，利用由凹面225b 而產(chǎn)生的負(fù)折射力，加長能量密度較高的區(qū)域。這種情況下，能夠在能量 密度較高且較長的區(qū)域配置波長轉(zhuǎn)換元件，并且和第l實(shí)施例相同，可以 提高光波長轉(zhuǎn)換元件230的波長轉(zhuǎn)換輸出，其結(jié)果為，能夠以高輸出發(fā)生 激光。還有，上述半導(dǎo)體激光器陣列220也可以將2維的陣列結(jié)構(gòu)替換成除 3列之外的2列、4列之類的其他多列。排列成l列的發(fā)光層220b的數(shù)目 也可以取代3，而為其他的數(shù)目。在該第2變形例中，柱面透鏡225是在x-z平面上只是z軸方向彎曲 的結(jié)構(gòu)，相對(duì)于此，作為該第2變形例的又一變形例，如圖7所示，柱面 透鏡225'也可以在x-z平面上x軸方向、z軸方向全都彎曲。采用第2變形 例的柱面透鏡225，來自圖6中最前列(在z軸方向上成為附圖中最前方 的列)的3個(gè)發(fā)光層220b的出射光在z軸方向上稍微向內(nèi)側(cè)(附圖中的后 方)偏移，來自最后列(在z軸方向上成為附圖中最后方的列)的3個(gè)發(fā) 光層220b的出射光在z軸方向上稍微向內(nèi)側(cè)(附圖中的前方)偏移。相對(duì) 于此，采用該又一變形例的柱面透鏡225'，對(duì)于3x3的9個(gè)發(fā)光層220b 之中的除了正中的發(fā)光層220b之外的周圍的8個(gè)發(fā)光層220b來說，出射 光按z軸方向、x軸方向的雙方稍微向內(nèi)側(cè)偏移。即便是此結(jié)構(gòu)的該又一 變形例，也和第1實(shí)施例、第2變形例相同，可以提高光波長轉(zhuǎn)換元件230 的轉(zhuǎn)換效率，其結(jié)果為，能夠以高輸出發(fā)生激光。圖8是表示作為第1實(shí)施例的第3變形例的照明裝置所具備的激光光 源裝置312的主要部分的說明圖。激光光源裝置312和第1實(shí)施方式相同， 可以作為照明裝置來使用。激光光源裝置312和第1實(shí)施例的激光光源裝 置12相比較，不同之處僅僅是取代柱面透鏡25而設(shè)置凸透鏡320和凹透 鏡330，其他則相同。對(duì)和第1實(shí)施方式相同的部分，附上相同的符號(hào)。在上述第1實(shí)施例及其第1、第2變形例中，利用一個(gè)光學(xué)器件來構(gòu) 成具備第1面和第2面的光學(xué)透鏡系統(tǒng)，該第l面具有正的折射力，該第 2面具有負(fù)的折射力，而在該第3變形例中，采用多個(gè)光學(xué)器件的組合來 構(gòu)成上述光學(xué)透鏡系統(tǒng)。也就是說，在該第3變形例中，利用具有正折射 力的凸透鏡320和具有負(fù)折射力的凹透鏡330，來構(gòu)成上述光學(xué)透鏡系統(tǒng)。凹透鏡330的焦點(diǎn)和第1實(shí)施例相同，按下述方式進(jìn)行了光學(xué)設(shè)計(jì)， 該方式為4吏之在y軸方向上位于光波長轉(zhuǎn)換元件30內(nèi)，或者比光波長轉(zhuǎn) 換元件30遠(yuǎn)，也就是比光波長轉(zhuǎn)換元件30靠近反射鏡40側(cè)。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的激光光源裝置312，可以利用由凸透鏡320而產(chǎn)生的 正折射力，對(duì)來自半導(dǎo)體激光器陣列20的激光LB1進(jìn)行聚光，利用由凹 透鏡330而產(chǎn)生的負(fù)折射力，拉長焦點(diǎn)距離。從而，和第l實(shí)施例相同， 可以提高光波長轉(zhuǎn)換元件30的轉(zhuǎn)換效率，其結(jié)果為，能夠以高輸出發(fā)生激 光。還有，在上述第3變形例中，雖然凸透鏡320是單面為平面的平凸透 鏡，但是也可以取而代之，使之為組合了2個(gè)凸面的雙凸透鏡。2. 第2實(shí)施例對(duì)于本發(fā)明的第2實(shí)施例，在下面進(jìn)行說明。圖9是作為本發(fā)明的第2實(shí)施例的監(jiān)視裝置400的概略結(jié)構(gòu)圖。監(jiān)視 裝置400具備裝置主體410和光傳輸部420。裝置主體410具備上述第1 實(shí)施例的激光光源裝置12。激光光源裝置12如同第1實(shí)施例中所說明的 那樣，具備半導(dǎo)體激光器陣列20、柱面透鏡25、光波長轉(zhuǎn)換元件30 M 射鏡40。光傳輸部420具備傳輸光的一側(cè)和接收光的一側(cè)的2根光波導(dǎo)421、 422。各光波導(dǎo)421、 422捆扎了多根光纖而成，可以將激光向遠(yuǎn)方傳輸。 在傳輸光的一側(cè)的光波導(dǎo)421的入射側(cè)配設(shè)激光光源裝置12,在其出射側(cè) 配設(shè)漫射板423。從激光光源裝置12所出射的激光在光波導(dǎo)421中傳播， 向設(shè)置于光傳輸部420前端的漫射板423傳輸，由漫射板423進(jìn)行漫射， 對(duì)被拍攝體進(jìn)行照射。在光傳輸部420的前端，還設(shè)置成像透鏡424，可以由成像透鏡424 接收來自被拍攝體的反射光。該接收到的反射光在接收側(cè)的光波導(dǎo)422中 傳播，向設(shè)置于裝置主體410內(nèi)的作為拍攝機(jī)構(gòu)的相機(jī)411傳輸。其結(jié)果 為，可以通過相機(jī)411拍攝由下述反射光而來的圖像，該反射光是通過由 激光照射被拍攝體而得到的，該激光是由激光光源裝置12所出射的。才艮據(jù)如上所構(gòu)成的監(jiān)視裝置400，因?yàn)榭梢杂筛咻敵龅募す夤庠囱b置 12照射被拍攝體，所以能夠提高由相機(jī)411得到的拍攝圖像的明亮度。還有，作為該第2實(shí)施例的變形例，還可以為將裝置主體410所具備 的激光光源裝置12替換成第1實(shí)施例的第1至第3變形例的構(gòu)成。3. 第3實(shí)施例
對(duì)于本發(fā)明的第3實(shí)施例，在下面進(jìn)行說明。圖IO是作為本發(fā)明的第3實(shí)施例的投影機(jī)500的概略結(jié)構(gòu)圖。在附圖 中，為了簡單，省略了構(gòu)成投影機(jī)500的殼體。投影機(jī)500具備紅色激 光光源裝置501R，射出紅色光；綠色激光光源裝置501G,射出綠色光； 和藍(lán)色激光光源裝置501B，射出藍(lán)色光。紅色激光光源裝置501R U出紅色激光LBr的普通半導(dǎo)體激光器陣 列。綠色激光光源裝置501G的結(jié)構(gòu)和上述第1實(shí)施例的激光光源裝置12 相同，具備半導(dǎo)體激光器陣列20、柱面透鏡25、光波長轉(zhuǎn)換元件30M 射鏡40。通過該光波長轉(zhuǎn)換元件30，進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換以出射綠色波長的激光 LBg。藍(lán)色激光光源裝置501B的結(jié)構(gòu)和上述第1實(shí)施例的激光光源裝置 12相同，具備半導(dǎo)體激光器陣列20、柱面透鏡25、光波長轉(zhuǎn)換元件30及 反射鏡40。通過該光波長轉(zhuǎn)換元件30，進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換以出射藍(lán)色波長的激 光LBb。另夕卜，投影機(jī)500具備液晶光閥(光調(diào)制城)504R、 504G、 504B， 將從各色的激光光源裝置501R、501G、501B所射出的各色激光LBr、LBg、 LBb，按照從個(gè)人計(jì)算機(jī)等傳送來的圖像信號(hào)分別進(jìn)行調(diào)制；十字分色棱 鏡(色光合成機(jī)構(gòu))506，合成從液晶光閥504R、 504G、 504B所射出的 光，將其向投影透鏡507進(jìn)行引導(dǎo)；以及投影透鏡(投影機(jī)構(gòu))507，放大 由液晶光閥S04R、 504G、 504B所形成的像，將其向屏幕510進(jìn)行投影。再者，投影機(jī)500為了使從各激光光源裝置501R、 501G、 501B所射 出的激光照度分布均勻化，在比各激光光源裝置501R、 501G、 501B靠光 路后級(jí)側(cè)，設(shè)置均勻光學(xué)系統(tǒng)502R、 502G、 502B，利用由它們使照度分 布均勻化后的光，對(duì)液晶光閥504R、 504G、 504B進(jìn)行照明。例如，均勻 光學(xué)系統(tǒng)502R、 502G、 502B由全息圖、場透鏡構(gòu)成。由各液晶光閥504R、 504G、 504B調(diào)制后的3種色光入射于十字分色 棱鏡506。該棱鏡粘貼4個(gè)直角棱鏡來形成，并且在其內(nèi)面，反射紅色光 的多層電介質(zhì)膜和反射藍(lán)色光的多層電介質(zhì)膜配置成十字狀。利用這些多 層電介質(zhì)膜來合成3種色光，形成表示彩色圖像的光。然后，合成后的光
通過作為投影光學(xué)系統(tǒng)的投影透鏡507投影于屏幕510上，顯示放大后的 圖像.也就是說，在本實(shí)施例的投影機(jī)500中，由液晶光閥504R、 504G、 504B、十字分色棱鏡506和投影透鏡507來構(gòu)成圖像形成裝置，可以通過 該圖像形成裝置，利用來自各色激光光源裝置501R、 501G、 501B的光， 使作為顯示面的屏幕510顯示與圖像信號(hào)相應(yīng)的圖像。根據(jù)如上所構(gòu)成的投影機(jī)500，因?yàn)榭梢允褂酶咻敵龅募す夤庠囱b置 501G、 501B，所以能夠顯示高亮度的圖像。還有，作為該第3實(shí)施例的變形例，還可以為將綠色激光光源裝置501G ;5L/或藍(lán)色激光光源裝置501B，替換成第1實(shí)施例的第1至笫3變形例的 構(gòu)成。4.其他的實(shí)施方式本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例和變形例，在不脫離其宗旨的范圍內(nèi)可以 按各種方式來實(shí)施。(1) 在上述第1實(shí)施例中，雖然使用了排列多個(gè)發(fā)光層之半導(dǎo)體激光 器陣列20作為激光光源，但是也可以取而代之，使用發(fā)光層只有1個(gè)的單 體的激光光源。(2) 在上述實(shí)施例及變形例中，雖然作為激光器陣列使用了 VCSEL 型，但是也可以取而代之，使用光諧振的方向相對(duì)基板面平行的端面發(fā)光 型激光器陣列。再者，激光光源也可以取代半導(dǎo)體激光器，設(shè)為固體激光 器、液體激光器、氣體激光器、自由電子激光器等其他種類的激光器。還 有，在高輸出的半導(dǎo)體激光器中，雖然有源層的激光光線密度成為4吏激光 元件劣化加快的主要原因，但是在確保發(fā)光區(qū)域使之較寬的前提下，通過 使用上述光學(xué)透鏡系統(tǒng)，就能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的波長轉(zhuǎn)換和長壽命化。(3) 在上述實(shí)施例及變形例中，雖然激光光源裝置是在半導(dǎo)體激光器 陣列的外側(cè)使用反射鏡的所謂的外部激發(fā)器型，但是也可以取而代之，使 用內(nèi)部激發(fā)型的激光光源。圖11是表示作為上述(3)所述的實(shí)施方式的激光光源裝置612的說 明圖。激光光源裝置612和第1實(shí)施例相同，可以作為照明裝置來使用。 如圖所示，激光光源裝置612具備半導(dǎo)體激光器裝置620、彎月形狀的柱 面透鏡625及光波長轉(zhuǎn)換元件630。柱面透鏡625及光波長轉(zhuǎn)換元件630 與笫1實(shí)施例的柱面透鏡25及光波長轉(zhuǎn)換元件30相比，只是大小不同， 其他結(jié)構(gòu)則相同。也就是說，柱面透鏡625為彎月形狀，單面是具有正折 射力的凸面625a，相反面是具有負(fù)折射力的凹面625b。半導(dǎo)體激光器裝置620是所謂的內(nèi)部諧振器型的激光光源，在本實(shí)施 方式中出射單一的激光LBll。激光LB11通過柱面透鏡625入射于光波長 轉(zhuǎn)換元件630，由光波長轉(zhuǎn)換元件630進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換，向激光光源裝置612 的外部出射。根據(jù)如上所構(gòu)成的激光光源裝置612，利用由柱面透鏡625的凸面625a 而產(chǎn)生的正折射力，對(duì)來自作為內(nèi)部諧振器型激光光源之半導(dǎo)體激光器裝 置620的激光LB11進(jìn)行聚光，利用由凹面625b而產(chǎn)生的負(fù)折射力，加長 焦點(diǎn)距離。從而，和第l實(shí)施例相同，可以提高光波長轉(zhuǎn)換元件630的轉(zhuǎn) 換效率，其結(jié)果為，產(chǎn)生能夠以高輸出發(fā)生激光這樣的效果。還有，該激 光光源裝置612除照明裝置之外，還可以使用于監(jiān)視裝置、投影機(jī)等中。U)在上述實(shí)施例及變形例中，雖然其構(gòu)成為，利用光學(xué)透鏡系統(tǒng)具 備的、具有負(fù)折射力的笫2面來加長焦點(diǎn)距離，但是這里所說的"加長焦 點(diǎn)距離"，還包括利用第2面出射的光成為完全的平行光的情形。該結(jié)構(gòu) 可以通過本申請(qǐng)發(fā)明具備的"光學(xué)透鏡系統(tǒng)"的光學(xué)設(shè)計(jì)，來實(shí)現(xiàn)。例如， 在第1實(shí)施例中，可以通過柱面透鏡25的凸面25a及凹面25b的光學(xué)設(shè)計(jì)， 來實(shí)現(xiàn)。特別是，由于具有由凸面25a進(jìn)行聚光并由凹面25b加長焦點(diǎn)距 離的功能，因而可以將焦點(diǎn)距離通過設(shè)計(jì)設(shè)定為預(yù)期的長度。也就是說， 可以確保能量密度高的光線區(qū)域。另外，即便采用下述平行光線或者下述 方法，也能夠在本發(fā)明問題的能量密度高的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)SHG內(nèi)的高效轉(zhuǎn) 換，該平行光線在通過設(shè)計(jì)由凸面25a進(jìn)行聚光、增高了能量密度的狀態(tài) 下，不具有凹面25b焦點(diǎn)，該方法，使光線逐漸擴(kuò)展并不具有焦點(diǎn)。
學(xué)透鏡系統(tǒng)的焦點(diǎn)位置在光波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)，或者比上述光波長轉(zhuǎn)換元件 遠(yuǎn)，但是并不一定必須為該結(jié)構(gòu)，本申請(qǐng)發(fā)明也適用于焦點(diǎn)位置比光波長 轉(zhuǎn)換元件近的結(jié)構(gòu)。(6) 在上述實(shí)施例及變形例中，雖然采用各種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了本申請(qǐng)發(fā)明 具備的光學(xué)透鏡系統(tǒng)，但是上述光學(xué)透鏡系統(tǒng)不必限定為這些實(shí)施例及變 形例的結(jié)構(gòu)，只要是從激光光源側(cè)按順序具備第1面和第2面的結(jié)構(gòu)，也 可以采用任意的光學(xué)器件，或者任意多個(gè)光學(xué)器件的組合來構(gòu)成，該第1 面具有正的折射力，該第2面具有負(fù)的折射力。(7) 在上述實(shí)施例中，雖然光波長轉(zhuǎn)換元件30是極化反相區(qū)域Pl 按深度方向貫通的SHG元件，但是也可以取而代之，是在基tl上i殳置光 波導(dǎo)路的光波導(dǎo)路型SHG元件。(8 )上述第3實(shí)施例的投影機(jī)500雖然是所謂的3片式液晶投影機(jī)， 但是也可以取而代之，是單片式的液晶投影機(jī)，該單片式液晶投影機(jī)通過 掩爭色分時(shí)點(diǎn)亮激光光源裝置，只用l個(gè)光閥就能夠進(jìn)行彩色顯示。(9 )上述第3實(shí)施例的投影機(jī)500雖然是具備液晶光岡的液晶投影機(jī)， 但是也可以取而代之，使之為具備下述圖像形成裝置的掃描式投影機(jī)，該 圖像形成裝置通過使來自激光光源裝置的激光在屏幕上進(jìn)行掃描，使顯示 面顯示與圖像信號(hào)相應(yīng)的圖像。
權(quán)利要求
1.一種激光光源裝置，其具備激光光源，其發(fā)出作為基波的激光；和光波長轉(zhuǎn)換元件，其將上述基波轉(zhuǎn)換成二次諧波；其特征為，在上述激光光源和上述光波長轉(zhuǎn)換元件之間，配置有光學(xué)透鏡系統(tǒng)，該光學(xué)透鏡系統(tǒng)從上述激光光源側(cè)按順序具備第1面和第2面，該第1面具有正的折射力，該第2面具有負(fù)的折射力。
2. 才艮據(jù)權(quán)利要求1所述的激光光源裝置，其特征為 上述激光光源是一種激光器陣列，其排列有多個(gè)發(fā)出激光的發(fā)光部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光光源裝置，其特征為 上述激光器陣列為面發(fā)光型，其中，光諧振的方向相對(duì)^L面垂直。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的激光光源裝置，其特征為 上述光學(xué)透鏡系統(tǒng)，具備彎月形狀的光學(xué)器件，其中，單面由作為上述第l面的凸面來形成，相反面由作為上述第2面的凹面來形成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光光源裝置，其特征為 上述彎月形狀的光學(xué)器件是柱面透鏡。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的激光光源裝置，其特征為 上述光學(xué)器件的焦點(diǎn)位置處于上述光波長轉(zhuǎn)換元件內(nèi)，或者與上述光波長轉(zhuǎn)換元件相比處于遠(yuǎn)處。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的激光光源裝置，其特征為 上述光學(xué)透鏡系統(tǒng)，具備凸透鏡，其具備作為上述第1面的凸面；和 凹透鏡，其具M(jìn)為上述第2面的凹面。
8. —種照明裝置，其特征為具備權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的激光光源裝置。
9. 一種監(jiān)視裝置，其特征為， 具備權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的激光光源裝置；和 拍攝機(jī)構(gòu)，其拍攝由上述激光光源裝置所照射的被拍攝體。 IO.—種投影機(jī)，其特征為， 具備權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的激光光源裝置；和 圖像形成裝置，其利用來自上述激光光源裝置的光，使顯示面顯示與 圖像信號(hào)相應(yīng)的圖像。
全文摘要
本發(fā)明提供提高光波長轉(zhuǎn)換元件的轉(zhuǎn)換效率，能夠以高輸出發(fā)生激光的激光光源裝置等。激光光源裝置(12)具備半導(dǎo)體激光器陣列(20)、柱面透鏡(25)、光波長轉(zhuǎn)換元件(30)及反射鏡(40)。柱面透鏡(25)為彎月形狀，單面是具有正折射力的凸面(25a)，相反面是具有負(fù)折射力的凹面(25b)。利用由凸面(25a)而產(chǎn)生的正折射力，對(duì)來自半導(dǎo)體激光器陣列(20)的激光LB1進(jìn)行聚光，提高光密度，利用由凹面(25b)而產(chǎn)生的負(fù)折射力，加長焦點(diǎn)距離。
文檔編號(hào)G02F1/35GK101154011SQ20071016162
公開日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2007年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者上島俊司 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社